Transcript Hydraty - Centrum Kształcenia Ustawicznego nr 1

Joanna Kott
Hydraty
Czym są hydraty?
Hydrat, wodzian, sól uwodniona – związek chemiczny
zawierający w swojej strukturze przyłączoną jedną lub
więcej cząsteczek wody. Woda ta może być połączona z
resztą związku chemicznego w postaci związania w jego
sieci krystalicznej (niektóre sole nieorganiczne) lub poprzez
przyłączenie bezpośrednio do cząsteczki związku
pierwotnego atomów wodoru i tlenu w proporcjach 2:1 za
pomocą wiązań chemicznych dając nowy związek (niektóre
związki organiczne) dając najczęściej niezbyt trwałe nowe
związki chemiczne. Tak więc pod pojęciem hydratów mieści
się szereg związków chemicznych o dość odmiennych
cechach ze względu na przyłączoną wodę.
Ogólny wzór
Z·nH2O, gdzie Z jest solą lub kwasem (dla tego
samego Z, n może przyjmować różne wartości,
np. CuSO4·H2O, CuSO4·3H2O, CuSO4·5H2O).
Zróżnicowanie struktury takich
połączeń
1) cząsteczki wody znajdują się w sferze koordynacyjnej
kationu metalu tworząc jon kompleksowy, np.
MgSiF6·6H2O ([Mg(H2O)6][SiF6]).
2) cząsteczki wody łączą się z cząsteczkami Z za pomocą
wiązań wodorowych, wypełniając luki przestrzenne i
stabilizując strukturę związku, np. (C2O4H2)·2H2O.
3) cząsteczki wody przyłączają proton, np. HClO4·H2O
([H3O][ClO4].
4) cząsteczki wody tworzą sieć połączoną wiązaniami
wodorowymi, zamykając cząsteczki Z (klatraty).
Kropka umieszczone między wzorem soli i
wzorem wody nie pełni tu funkcji znaku
mnożenia, lecz oznacza, że substancja jest
hydratem. Woda zawarta w hydracie jest
nazywana "wodą hydracyjną" lub "wodą
krystalizacyjną".
Podczas rozpuszczania hydratu w wodzie kryształ
rozpada się na cząsteczki wody i inne drobiny w
nim zawarte. Cząsteczki wody hydracyjnej
mieszają się z cząsteczkami wody rozpuszczającej
i powstaje taki sam roztwór, jaki powstałby w
wyniku rozpuszczania kryształu nie uwodnionego
Cecha charakterystyczna hydratów
Charakterystyczną cechą hydratów jest to, że ich
barwa zależy od istnienia hydratowanych
kationów metalu, a jej zmiany następują
podczas ogrzewania kryształów hydratu lub w
obecności H2SO4 stęż., np.:
• bezwodny chlorek kobaltu(II) CoCl2 ma barwę
niebieską, chłonąc wodę z powietrza przechodzi w
hydrat CoCl2 · 2 H2O o barwie różowej, a następnie w
inny hydrat CoCl2 · 6 H2O, mający intensywne różowe
zabarwienie; w laboratoriach używane są papierki
kobaltowe, które służą do wykrywania obecności wody
w różnych układach – pod wpływem wilgoci papierek
zmienia barwę z niebieskiego na różowy,
• bezwodny siarczan(VI) chromu(III) Cr2(SO4)3 ma barwę
różową, po rozpuszczeniu w wodzie, a następnie
wydzieleniu z roztworu przechodzi w hydrat o wzorze
Cr2(SO4)3 · 18 H2O, mający fioletowe zabarwienie.
Hydraty związków organicznych
• wodzian chloralu – jeden z pierwszych
syntetycznych leków nasennych
• wodzian metanu – nietrwały związek
wytwarzający się samorzutnie w sprzyjających
warunkach w naturze (zwiększone ciśnienie,
niska temperatura), osadzająca się np. na dnie
oceanów oraz zatykający rurociągi naftowe.
Hydraty związków nieorganicznych –
sole uwodnione
Bezwodny chlorek kobaltu(II)
Sześciowodny chlorek kobaltu(II)
W uwodnionych solach woda nie tworzy wiązań
kowalencyjnych z cząsteczkami soli, lecz jest wbudowana w
ich sieć krystaliczną. Z tego względu wodę tę nazywa się
krystalizacyjną. Woda jest wbudowywana do sieci w ściśle
określony sposób na skutek czego na jedną cząsteczkę soli
przypada ściśle określona liczba cząsteczek wody. W
kryształach hydratów woda jest utrzymywana poprzez silne
wiązania wodorowe, które występują w każdej jednostce
elementarnej sieci krystalicznej lub tylko poprzez
zaokludowanie wewnątrz jednostek elementarnych sieci.
Tradycyjnie, we wzorach sumarycznych hydratów, wodę
krystalizacyjną wyodrębnia się z niego na końcu i pisze po
znaku mnożenia.
Sole uwodnione są zwykle nietrwałe termicznie. W
określonej temperaturze przechodzą często
spontanicznie w formę bezwodną, lub formę mniej
uwodnioną. Po ochłodzeniu bezwodna forma soli jest
zwykle silnie higroskopijna i spontanicznie pobiera
wodę z otoczenia, jeśli tylko ma taką możliwość.
Istnieją też trwałe hydraty, które nie rozkładają się
przed osiągnięciem temperatury topnienia.
Odwodnienie tego rodzaju hydratów wymaga
specjalnych zabiegów – jak np. suszenia ich w formie
stopionej i następnie krystalizacji z bezwodnych
rozpuszczalników.
Przemianie soli metali przejściowych z formy
bezwodnej w hydrat towarzyszy często zmiana
barwy. Przykładem jest uwodniony niebieski
siarczan miedzi CuSO4•5H2O przechodzący w
wyniku podgrzania najpierw w jasnobłękitną
postać jednowodną a następnie w białą
bezwodną. Zjawisko to jest często stosowane do
detekcji zawilgocenia środków suszących. Np. do
silikażelu dodaje się często bezwodnego chlorku
kobaltu(II), który zmienia barwę z intensywnie
niebieskiej na intensywnie czerwoną po
przemianie w hydrat.
Niektóre sole uwodnione występują w więcej niż
jednej postaci, np. bezwodny węglan sodu przyswajając
wodę tworzy kolejno hydraty: jednowodny
Na2CO3•H2O, następnie siedmiowodny Na2CO3•7H2O i
ostatecznie trwały dziesięciowodny Na2CO3•10H2O.
Hydraty w większości dość dobrze rozpuszczają się w
wodzie, przy czym proces rozpuszczania powoduje
"wyzwolenie" wody z sieci krystalicznej, nawet jeśli
sama sól nie ulega dysocjacji, co należy uwzględniać w
obliczeniach stechiometrycznych reakcji chemicznych
prowadzonych z udziałem tych soli. Część hydratów nie
jest jednak dobrze rozpuszczalna w wodzie. Przykładem
nierozpuszczalnego hydratu jest gips czyli uwodniony
siarczan wapnia CaSO4•2H2O. (Porównaj: anhydryt)